WEBVTT

00:00:17.000 --> 00:00:19.000
在早期的有機化學中

00:00:19.000 --> 00:00:22.000
化學家了解，分子是由原子構成的

00:00:22.000 --> 00:00:24.000
原子之間由化學鍵連接

00:00:24.000 --> 00:00:27.000
但對分子的三維結構

00:00:27.000 --> 00:00:31.000
則一無所知，因為無法直接觀察到

00:00:31.000 --> 00:00:34.000
以前用簡單的連接圖表示分子

00:00:34.000 --> 00:00:37.000
就像圖上的這個

00:00:37.000 --> 00:00:40.000
許多 19 世紀中期
聰明的化學家都清楚

00:00:40.000 --> 00:00:44.000
這種平面表示法，無法解釋

00:00:44.000 --> 00:00:46.000
許多他們觀察到的現象

00:00:46.000 --> 00:00:49.000
但化學理論又不足以

00:00:49.000 --> 00:00:51.000
對分子的三維結構提出滿意的解釋

00:00:51.000 --> 00:00:57.000
1874 年，化學家范特霍夫 (Van't Hoff)
發表一個驚人的假說：

00:00:57.000 --> 00:01:01.000
飽和碳原子的四個鍵

00:01:01.000 --> 00:01:03.000
會指向四面體的四個角

00:01:03.000 --> 00:01:06.000
後來花了 25 年以上時間

00:01:06.000 --> 00:01:10.000
量子革命才用理論解釋了這個假說

00:01:10.000 --> 00:01:14.000
但是范特霍夫利用旋光效應
(optical rotation) 來支持他的理論

00:01:14.000 --> 00:01:17.000
范特霍夫發現只有以碳為中心

00:01:17.000 --> 00:01:21.000
鍵結四種不同原子或化學基的
這類化合物

00:01:21.000 --> 00:01:24.000
才會旋轉平面偏極光
(plane-polarized light)

00:01:24.000 --> 00:01:26.000
顯然這類化合物有某些獨特的性質

00:01:26.000 --> 00:01:29.000
看看這裡的兩個分子

00:01:29.000 --> 00:01:34.000
每個的中心，都是四個鍵的碳

00:01:34.000 --> 00:01:36.000
連接到四個不同的原子

00:01:36.000 --> 00:01:39.000
溴 Br、氯 Cl、氟 F、氫 H

00:01:39.000 --> 00:01:41.000
如果我們只考慮組成的成分

00:01:41.000 --> 00:01:45.000
我們可能會認定這兩個分子相同

00:01:45.000 --> 00:01:48.000
然而，若想重合這兩個分子

00:01:48.000 --> 00:01:51.000
以完美證明它們是相同的

00:01:51.000 --> 00:01:55.000
我們可任意旋轉、平移這兩個分子

00:01:55.000 --> 00:01:58.000
引人注意的是

00:01:58.000 --> 00:02:00.000
不論我們怎麼移動這兩個分子

00:02:00.000 --> 00:02:04.000
我們發現，不可能完美重合

00:02:04.000 --> 00:02:07.000
現在看看你的手

00:02:07.000 --> 00:02:10.000
請注意，你的兩隻手零件完全相同

00:02:10.000 --> 00:02:14.000
有姆指、其他手指、手掌等

00:02:14.000 --> 00:02:17.000
就像我們剛討論的那兩個分子

00:02:17.000 --> 00:02:20.000
你的雙手都由相同的東西組成

00:02:20.000 --> 00:02:25.000
此外，各部位間的距離也都相同

00:02:25.000 --> 00:02:27.000
食指在中指旁邊

00:02:27.000 --> 00:02:30.000
中指旁邊是無名指等

00:02:30.000 --> 00:02:33.000
我們假想的分子也是如此

00:02:33.000 --> 00:02:35.000
所有的內部距離也都相同

00:02:35.000 --> 00:02:38.000
雖然它們非常相似

00:02:38.000 --> 00:02:40.000
你的手、還有這些分子

00:02:40.000 --> 00:02:43.000
確實不完全一樣

00:02:43.000 --> 00:02:46.000
試著將你的雙手重疊

00:02:46.000 --> 00:02:48.000
就像剛剛分子那樣

00:02:48.000 --> 00:02:51.000
你會發現，不可能完全重合

00:02:51.000 --> 00:02:54.000
現在，將你的手掌遙遙相對

00:02:54.000 --> 00:02:56.000
動一下你的兩隻食指

00:02:56.000 --> 00:03:00.000
注意你的左手，看起來就好像是

00:03:00.000 --> 00:03:02.000
透過鏡子在看著右手

00:03:02.000 --> 00:03:05.000
換句話說，你的雙手是彼此的鏡像

00:03:05.000 --> 00:03:08.000
我們的分子同樣如此

00:03:08.000 --> 00:03:11.000
我們可以旋轉方向
讓一個分子看起來是另一個的鏡像

00:03:11.000 --> 00:03:14.000
你的手、還有我們的分子

00:03:14.000 --> 00:03:18.000
都擁有一種空間性質
一般稱為「手性」 (chirality)

00:03:18.000 --> 00:03:20.000
或「掌性」 (handedness)

00:03:20.000 --> 00:03:23.000
手性正是我們剛剛所描述的

00:03:23.000 --> 00:03:25.000
手性物體與鏡像不同

00:03:25.000 --> 00:03:30.000
手性的物體在化學和日常生活中
都非常特殊

00:03:30.000 --> 00:03:33.000
比如說螺絲釘，也是手性的

00:03:33.000 --> 00:03:37.000
所以我們有左旋螺絲、右旋螺絲

00:03:37.000 --> 00:03:40.000
信不信由你，某些種類的光

00:03:40.000 --> 00:03:42.000
也有類似螺絲那樣的手性

00:03:42.000 --> 00:03:47.000
平面偏極光的每個光束中

00:03:47.000 --> 00:03:50.000
都有左旋和右旋的光

00:03:50.000 --> 00:03:55.000
它們會一起旋轉，產生平面偏極光

00:03:55.000 --> 00:03:58.000
手性分子若用這種光束照射

00:03:58.000 --> 00:04:01.000
兩種手性分子，會有不同反應

00:04:01.000 --> 00:04:06.000
結果是其中一種光，相較於另一種

00:04:06.000 --> 00:04:09.000
會暫時減速，光束與原本相較

00:04:09.000 --> 00:04:13.000
偏極平面會產生旋轉

00:04:13.000 --> 00:04:16.000
也就是旋光效應

00:04:16.000 --> 00:04:21.000
范特霍夫以及後來的化學家發現

00:04:21.000 --> 00:04:24.000
四面體碳原子的手性
可解釋這個有趣的現象

00:04:24.000 --> 00:04:29.000
手性也在其他有趣效應中
扮演重要角色

00:04:29.000 --> 00:04:31.000
不論是化學、或日常生活

00:04:31.000 --> 00:04:34.000
人類比較喜愛對稱

00:04:34.000 --> 00:04:36.000
因此如果你看看四周，你會發現

00:04:36.000 --> 00:04:38.000
人造的手性物體非常少見

00:04:38.000 --> 00:04:42.000
但手性分子卻是無所不在

00:04:42.000 --> 00:04:45.000
各種不同現象，如旋光效應、
像是旋光效應、

00:04:45.000 --> 00:04:47.000
鎖傢俱的螺絲、

00:04:47.000 --> 00:04:49.000
以及拍手

00:04:49.000 --> 99:59:59.999
都和這令人著迷的空間性質有關